(57)【要約】【課題】  真空流量調整バルブをチェンバーの真空維持のために作動回数の少ない開閉で使用しながら、ＡＬＤ成膜のために、高頻度、高速でチェンバー内の真空圧力調整を行うことを可能にした成膜操作方法を提供する。【解決手段】  弁駆動機構部４により弁シャフト２０を介して弁部材１５を開閉操作する主弁１と、主弁のメインポート１１に付設したバタフライ弁２によって構成されたＡＬＤ対応真空流量調整バルブを用いて、ＡＬＤによる成膜操作を行う。チェンバー７の初期排気後の主排気においては、上記主弁１及びバタフライ弁２を実質的に全開状態にして排気し、ＡＬＤ段階では、上記主弁１を同全開状態に保ちながら、プリカーサＡ及びプリカーサＢによる成膜時には上記バタフライ弁２を閉鎖状態にしてチェンバー内の圧力を高め、それらによる成膜後の各パージ時には、該バタフライ弁を開放状態にして排気する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チェンバー及び真空ポンプに接続するための第１及び第２のメインポート、これら両メインポートを結ぶ流路、及び該流路中に上記第１メインポートの回りを取り囲むように設けられた弁座を有するバルブハウジングと、該バルブハウジング内に設けられ、上記弁座を開閉する弁部材と、この弁部材から上記バルブハウジングの軸線方向に延びて先端が弁駆動機構部に達する弁シャフトとを備え、上記弁駆動機構部により弁シャフトを介して弁部材を開閉操作する主弁、並びに、
上記第１または第２のメインポートに付設され、その弁板が開放及び閉鎖状態でポート壁に対して非接触に保持されるバタフライ弁、
によって構成されたＡＬＤ対応真空流量調整バルブを用い、ＡＬＤ作業による成膜を行う方法であって、
チェンバーの初期排気後の主排気においては、上記主弁及びバタフライ弁を実質的に全開状態にして排気し、
ＡＬＤ段階では、上記主弁を同全開状態に保ちながら、プリカーサＡ及びプリカーサＢによる成膜時には上記バタフライ弁を閉鎖状態にしてチェンバー内の圧力を高め、それらによる成膜後の各パージ時には、該バタフライ弁を開放状態にして排気を行う、
ことを特徴とするＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法。
【請求項２】
上記主弁におけるバルブハウジング内に、弁部材を弁座の閉鎖方向に向けて付勢する復帰ばねを備え、
上記弁駆動機構部が、弁シャフトの先端に取り付けられた直線駆動部材と、該駆動部材に上記弁部材が開放する方向の流体圧を作用させる受圧室と、この受圧室にパイロット流体を給排するためのパイロットポートとを有し、
外部から上記受圧室に供給されるパイロット流体により弁部材を開放する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法。
【請求項３】
上記第１のメインポートを形成する筒状のポート壁に、その中央を横断する軸線の周りに弁板を回転自在に支持した上記バタフライ弁が設けられ、その弁板が筒状のポート壁の軸線に沿う方向と該軸線に直交する方向の間で転向する間に、ポート壁に対して非接触に保持され、且つ、該弁板が上記軸線に直交する閉鎖状態にある場合には該弁板周縁とポート壁内面との間を迂回路を通して連通させ、
ＡＬＤ段階においては、該弁板の回動によりチェンバーの圧力調整を行う、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子層成膜（ atomic layer deposition：ＡＬＤと略記する。）技術に対応させるように構成した真空流量調整バルブによって成膜操作を行う方法に関するものであり、更に具体的には、ＣＶＤ（ chemical vapor deposition ）装置等において用いられている周知の真空流量調整バルブを、作動回数の少ない開閉で使用しながら、高速で高頻度に真空圧力調整を行うＡＬＤ対応真空流量調整バルブとして成膜操作を行う方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＣＶＤ装置等において、真空チェンバー及び真空ポンプに接続するための第１及び第２のメインポート間の流路を開閉する弁部材を、シリンダ装置等によって開閉操作するようにしたＬ型の真空流量調整バルブが多用されている。一方、近年はＡＬＤ技術が重要視され、そのための成膜操作を行う装置の開発が急がれ、上記真空流量調整バルブが流用されているが、ＡＬＤでは、成膜のサイクル数によって膜厚を高い精度で制御し、多層膜を形成することができるにしても、成膜速度が遅いという問題があり、特に、成膜の各サイクルにおいて、以下に説明するような４ステップでのバルブ操作を行う必要があるため、上記真空流量調整バルブの開閉でそれに対応させるのには困難性がある。
【０００３】
更に具体的に説明すると、ＡＬＤでは、次の４ステップで成膜される。
先ず、第１のステップでは、膜の原料となる金属などのプリカーサＡをガスとしてチェンバーに送り込み、膜を形成する基板の表面に１層分だけ化学吸着させる。次の第２のステップでは、基板表面に物理吸着している余分なプリカーサＡのガスと反応副生成物をパージする。第３のステップでは、プリカーサＡの酸化や窒化などに必要なプリカーサＢを供給して１分子の層を形成させる。第４のステップでは、プリカーサＢをパージする。
【０００４】
このように、ＡＬＤでは、４ステップで１サイクルという操作を行い、各ステップに長い時間が掛かるうえ、１サイクルで形成できる膜厚が薄いため、一般に成膜速度は遅くなる。例えば、第１のステップでは、導入したプリカーサＡのガスと基板表面との反応が飽和状態になるまで待つ必要がある。第２のステップでは、基板表面に化学吸着させたプリカーサＡ以外との反応を防ぐため、完全なパージ実施しなければならない。第３のステップにおいて形成されるのは、１分子層であって非常に薄く、第４のステップにおいても第２のステップと同様にパージが完了するのを待つ必要がある。
このため、量産向けに開発を進める場合、チェンバーの容量を最小限にするとか、チェンバーへの高速且つ大容量の給気及び排気を行うなど、各種手段で高速処理による生産性の向上を図る必要がある。そして、この成膜は、サイクル数によって膜厚を制御でき、多層膜を形成することができるが、成膜とパージを高頻度・高速で切り替えて行う必要があるので、高速処理を行う場合、上記真空流量調整バルブの動きでは、迅速に追従させることが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の技術的課題は、上記真空流量調整バルブをチェンバーの真空維持のために作動回数の少ない開閉で使用しながら、ＡＬＤ成膜のために、高頻度、高速でチェンバー内の真空圧力調整を行うことを可能にしたＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明のＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法は、真空チェンバー及び真空ポンプに接続するための第１及び第２のメインポート、これら両メインポートを結ぶ流路、及び該流路中に上記第１メインポートの回りを取り囲むように設けられた弁座を有するバルブハウジングと、該バルブハウジング内に設けられ、上記弁座を開閉する弁部材と、この弁部材から上記バルブハウジングの軸線方向に延びて先端が弁駆動機構部に達する弁シャフトとを備え、上記弁駆動機構部により弁シャフトを介して弁部材を開閉操作する主弁、並びに、上記第１または第２のメインポートに付設され、その弁板が開放及び閉鎖状態でポート壁に対して非接触に保持されるバタフライ弁によって構成されたＡＬＤ対応真空流量調整バルブを用い、ＡＬＤ作業による成膜を行う方法であって、チェンバーの初期排気後の主排気においては、上記主弁及びバタフライ弁を実質的に全開状態にして排気し、ＡＬＤ段階では、上記主弁を同全開状態に保ちながら、プリカーサＡ及びプリカーサＢによる成膜時には上記バタフライ弁を閉鎖状態にしてチェンバー内の圧力を高め、それらによる成膜後の各パージ時には、該バタフライ弁を開放状態にして排気を行うことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記主弁が、バルブハウジング内に、弁部材を弁座の閉鎖方向に向けて付勢する復帰ばねを備え、上記弁駆動機構部が、弁シャフトの先端に取り付けられた直線駆動部材と、該駆動部材に上記弁部材が開放する方向の流体圧を作用させる受圧室と、この受圧室にパイロット流体を給排するためのパイロットポートとを有し、外部から上記受圧室に供給されるパイロット流体により弁部材を開放するものとして構成される。
【０００８】
また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記第１のメインポートを形成する筒状のポート壁に、その中央を横断する軸線の周りに弁板を回転自在に支持した上記バタフライ弁が設けられ、その弁板が筒状のポート壁の軸線に沿う方向と該軸線に直交する方向の間で転向する間に、ポート壁に対して非接触に保持され、且つ、該弁板が上記軸線に直交する閉鎖状態にある場合には該弁板周縁とポート壁内面との間を迂回路を通して連通させ、ＡＬＤ段階においては、該弁板の回動によりチェンバーの圧力調整が行われる。
【０００９】
上記構成を有するＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法においては、従来から、ＣＶＤ装置等において多用されている真空流量調整バルブを主弁とし、チェンバーの真空維持のために作動回数の少ない開閉で使用することにより、その機能を有効に発揮させることができ、また、そのメインポートに付設されたバタフライ弁によって、ＡＬＤ作業によって成膜を行う場合の高速・高頻度でのチャンバー内雰囲気の切換の要求に対応させることができる。
【００１０】
この場合に、上記バタフライ弁における弁板が開放及び閉鎖状態でポート壁に対して非接触に保持されるので、ダストの発生防止に有効であるばかりでなく、ＡＬＤ段階での該弁板の閉鎖状態においては、チェンバーが高真空状態にあるため、弁板周縁とポート壁内面との間が迂回路を通して連通していても、プリカーサＡまたはプリカーサＢの供給によりチェンバー内の圧力を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
上述した本発明の成膜操作方法によれば、既知の真空流量調整バルブをチェンバーの真空維持のために作動回数の少ない開閉で使用しながら、それに付設したバタフライ弁により、ＡＬＤ成膜のために、高頻度、高速でチェンバー内の真空圧力調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１〜図５は、本発明に係る成膜操作方法の実施に用いるＡＬＤ対応真空流量調整バルブの構成例を示している。このＡＬＤ対応真空流量調整バルブは、ＣＶＤ装置等において用いられるところの真空流量調整バルブによって構成される主弁１と、それに付設されたバタフライ弁２とを備えている。
まず、上記主弁１の構成について説明するに、この主弁１は、概略的には、真空チェンバー及び真空ポンプに接続するための第１及び第２のメインポート１１，１２を備え、それらの間の流路１３を開閉する弁部材１５を備えた主弁体部３と、上記弁部材１５を開閉操作する弁駆動機構部４とを備え、また、上記弁部材１５の開度を設定する弁開度調節部５を備えている。
【００１３】
更に具体的に説明すると、上記主弁体部３は、真空チェンバー７に接続するための第１のメインポート１１及び真空ポンプ８に接続するための第２のメインポート１２、これら両メインポートを結ぶ流路１３、及び該流路１３中に上記第１メインポート１１の回りを取り囲むように設けられた弁座１４を有するバルブハウジング１０と、該バルブハウジング１０内に設けられ、上記弁座１４を開閉する弁部材１５と、この弁部材１５から上記バルブハウジング１０の軸線方向に延びて先端が弁駆動機構部４に達する弁シャフト２０とを備え、上記弁駆動機構部４により弁シャフト２０を介して弁部材１５を開閉操作するようにしたものである。
【００１４】
上記弁座１４を開閉する弁部材１５は、ディスク形をしていて、ポペット式に上記弁座１４を開閉するもので、その外周に近い部位に上記弁座１４に接離する円環状のゴム弾性材からなる弁シール部材１７が取り付けられている。
また、上記弁部材１５の背面中央部には、弁シャフト２０が取り付けられ、この弁シャフト２０は、バルブハウジング１０の内部をその中心軸線に沿って延び、主弁体部３と弁駆動機構部４とを区画する隔壁３１を貫通してその先端がシリンダ装置により形成された弁駆動機構部４の内部に延出し、ピストン１６に連結されている。なお、ここでは上記弁駆動機構部４として、上記ピストン１６を備えたシリンダ装置を用いる場合を示しているが、該ピストン１６に代えてベロフラムやベローズ等の直線駆動部材を用いることもできる。
【００１５】
更に、上記弁部材１５の背面にはばね座２２が設けられ、該ばね座２２と上記隔壁３１との間に、上記弁部材１５を閉弁方向に付勢するコイル状の復帰ばね２３が設けられ、また上記弁部材１５の背面には、上記弁シャフト２０及び復帰ばね２３の回りを取り囲むように、耐食性素材で形成された伸縮自在のベローズ２４が設けられている。
【００１６】
上記駆動機構部４を構成するシリンダ装置は、上記バルブハウジング１０と同軸のシリンダハウジング３０を有し、このシリンダハウジング３０は、バルブハウジング１０との間を上記隔壁３１で区画して、内部にシリンダ孔３３を形成し、該シリンダ孔３３の内部に上記ピストン１６がシール部材３４を介して摺動自在に収容され、該シリンダ孔３３内に延出した弁シャフト２０の先端に上記ピストン１６が連結されている。そして、上記ピストン１６と上記隔壁３１との間に受圧室３７が形成され、この受圧室３７を、上記シリンダハウジング３０の側面に開口するパイロットポート３８に開口させている。このパイロットポート３８は、圧力調整弁を介してパイロット流体の供給源に接続されるものである。なお、上記ピストン１６の他面側は、外部に開放する呼吸室３９となっている。
【００１７】
上記弁開度調節部５は、上記シリンダハウジング３０の端部に結合されたカバーブロック４０と、該カバーブロック４０の内部に組み込まれ、上記ピストン３０の背面に先端が当接する調整軸４１と、該調整軸４１を互いに噛合する歯車４２ａ，４２ｂ及び回転−直動変換機構４７を介して軸線方向に任意の位置まで前後進駆動する電動モータ４５とを備えている。この電動モータ４５としては、必要に応じて、その出力軸の回転量を検出するところの、ロータリーエンコーダからなる回転量センサー（図示せず）を備えたものを用いることができる。
【００１８】
上記電動モータ４５は、正逆回転可能なモータであり、その正逆回転運動を往復直進運動に変換する上記変換機構４７は、上記電動モータ４５の出力軸から歯車４２ａ，４２ｂを介して駆動されるねじ軸４９の回転を、上記調整軸４１に設けた移動子５１の直動に変換するボールねじで構成されている。上記ボールねじは、ねじ軸４９のねじ部に非回転の状態で該ねじ軸４９の軸線方向に移動するようにボールを介して上記移動子５１の雌ねじ部を螺挿することにより構成され、該移動子５１に上記調整軸４１の基端部が連結されている。
【００１９】
上記弁開度調節部５は、電動モータ４５によって駆動される調整軸４１を、コントローラからの制御指令に基づいて所期の位置に移動させ、パイロットポート３８を通して受圧室３７へパイロット流体を供給することにより、その調整軸４１に当接するまでピストンを移動させ、それによって、該調整軸４１の位置によって決まるピストン１６の停止位置まで該ピストン１６を駆動するためのもので、これによりピストン１６を迅速に制御位置まで移動させることが可能になる。
【００２０】
次に、前記バタフライ弁２の構成について説明する。
上記主弁１の第１のメインポート１１を形成する円筒状のポート壁５０には、その中央を横断する軸線の周りに円板状の弁板５１を支持軸５２で回転自在に支持させた上記バタフライ弁２を設けている。このバタフライ弁２の弁板５１は、円筒状のポート壁５０の軸線に沿う方向（図１、図２、図４、図５の鎖線表示位置）と、該軸線に直交する方向（同じく実線表示位置）の間で転向可能にしたもので、その支持軸５２がポート壁５０を通して外部に導出され、該弁板５１を駆動するための操作部５３に連結している。
【００２１】
上記バタフライ弁２は、弁板５１がポート壁５０の軸線に沿う方向と該軸線に直交する方向の間で転向する間に、その周縁がポート壁５０に対して非接触に保持されるようにして支持され、更に具体的には、弁板５１の回転方向に応じて、ポート壁５０における支持軸５２の支持位置の両側で、該支持軸５２の支持位置の逆側に凹部５４ａ，５４ｂを設けて、該弁板５１が上記軸線に直交する閉鎖状態にある場合には、該凹部５４ａ，５４ｂにより該弁板５１の周縁とポート壁５０の内面との間に迂回路５５が形成されるようにしている。
なお、ここに示す実施例では、上記バタフライ弁２を第１のメインポート１１に設けているが、それを第２のメインポート１２に付設することもできる。
【００２２】
また、図２及び図５に示す不活性ガスの供給管５８は、図示しないヒータで加熱されているバルブハウジング１０からの熱で同様に加熱された状態にある上記ポート壁５０の周囲に巻回してその供給管５８内に供給される不活性ガスを加熱し、前記弁部材１５に設けた弁シール部材１７に向けて噴出させることにより、該弁シール部材１７に副生成物が堆積するのを抑止するためのものである。なお、図１及び図３では上記供給管の図示を省略している。
【００２３】
上記構成を有するＡＬＤ対応真空流量調整バルブを用い、ＡＬＤ作業による成膜を行うに際して、チェンバーを大気圧から徐々に排気する場合には、図６に示す調圧曲線モデルのように、まず、主弁１及びバタフライ弁２を開状態にしてチェンバー７の初期排気を行うが、この初期排気は、図示しない初期排気バルブで行うこともできる。上記初期排気後の主排気においては、上記主弁１及びバタフライ弁２をいずれも実質的に全開状態にして排気する。
【００２４】
ＡＬＤ段階では、上記主弁をほぼ全開状態に保ちながら、プリカーサＡ及びプリカーサＢによる成膜を行い、具体的には、前述したように、第１のステップでは、膜の原料となる金属などのプリカーサＡをガスとしてチェンバーに送り込み、基板の表面に１層分だけ化学吸着させ、次の第２のステップでは、基板表面に物理吸着している余分なプリカーサＡのガスと反応副生成物をパージし、第３のステップでは、プリカーサＡの酸化や窒化などに必要なプリカーサＢを供給して１分子の層を形成させ、第４のステップでは、プリカーサＢをパージし、以下、それを繰り返す。
第２及び第４のステップにおいては、気相中でのプリカーサＡとプリカーサＢとの反応を防止するため、十分なパージによってチェンバー内のプリカーサのガス分圧を十分に低下させる必要がある。
【００２５】
すなわち、上記ＡＬＤ段階におけるプリカーサＡ及びプリカーサＢによる成膜時には、上記バタフライ弁２を閉鎖状態にして分子粒に抵抗を付与することによりチェンバー７内の圧力を高め、それらによる成膜後の各パージ時には、該バタフライ弁２を開放状態にして排気を行い、パージを促進させる。なお、上記プリカーサＡ及びプリカーサＢによる成膜時に弁板５１の回動角度を適宜調整し、チェンバー７の圧力調整を行うこともできる。
上述したところから明らかなように、ＡＬＤ作業の段階では、主弁１を全開、適宜絞りの状態及び全閉の状態で使用することができ、また、バタフライ弁２も、絞りの開放、中間流及び分子流での排気絞りの状態で使用することができる。
【００２６】
上記構成を有するＡＬＤ対応真空流量調整バルブによる成膜操作方法においては、チェンバーの真空維持のために主弁１を作動回数の少ない開閉で使用することにより、その機能を有効に発揮させることができ、また、そのメインポート１１に付設されたバタフライ弁２によって、ＡＬＤ作業によって成膜を行う場合の高速・高頻度でのチャンバー７内雰囲気の切換の要求に対応させることができる。
【００２７】
この場合に、上記バタフライ弁２における弁板５１が開放及び閉鎖状態でポート壁５０に対して非接触に保持されるので、ダストの発生防止に有効であるばかりでなく、ＡＬＤ段階での該弁板５１の閉鎖状態においては、チェンバー７が高真空状態にあるため、弁板５１の周縁とポート壁５０内面との間が迂回路５５を通して連通していても、プリカーサＡまたはプリカーサＢの供給によりチェンバー７内の圧力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の成膜操作方法の実施に使用するＡＬＤ対応真空流量調整バルブの構成を示し、左半は弁部材の閉弁状態を、右半は同開弁状態を示す側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ位置での断面図である。
【図３】上記ＡＬＤ対応真空流量調整バルブにおけるバタフライ弁を付設したメインポートの下方から見た拡大断面図である。
【図４】同メインポートの側断面図である。
【図５】同メインポートの図１におけるＡ−Ａ位置での拡大断面図である。
【図６】本発明の方法の実施の一例における調圧曲線モデルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      主弁
２      バタフライ弁
４      弁駆動機構部
７      真空チェンバー
８      真空ポンプ
１０      バルブハウジング
１１      第１メインポート
１２      第２メインポート
１３      流路
１４      弁座
１５      弁部材
１６      ピストン
２０      弁シャフト
２３      復帰ばね
３７      受圧室
３８      パイロットポート
５０      ポート壁
５１      弁板
５５      迂回路
【図１】
2006283172.tif 000003
【図２】
2006283172.tif 000004
【図３】
2006283172.tif 000005
【図４】
2006283172.tif 000006
【図５】
2006283172.tif 000007
【図６】
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